Universidade Federal do Rio de Janeiro. Escola Politécnica. Departamento de Eletrônica e de Computação

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1 Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica Departamento de Eletrônica e de Computação Sistema Tempo-Real Embarcado para Controle de um Robô Tele-Operado Autor: Orientador: Vitor Paranhos de Oliveira Carneval Orientador: Prof. Flávio Luis de Mello, D. Sc. Examinador: Prof. Heraldo Luis Silveira de Almeida, D. Sc. Prof. Marcelo Luiz Drumond Lanza, M. Sc. DEL Maio de 2011

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Escola Politécnica - Departamento de Eletrônica e de Computação Centro de Tecnologia, bloco H, sala H-217, Cidade Universitária Rio de Janeiro - RJ CEP Este exemplar é de propriedade da Universidade Federal do Rio de Janeiro, que poderá incluí-lo em base de dados, armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de arquivamento. É permitida a menção, reprodução parcial ou integral e a transmissão entre bibliotecas deste trabalho, sem modificação de seu texto, em qualquer meio que esteja ou venha a ser fixado, para pesquisa acadêmica, comentários e citações, desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa. Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e do(s) orientador(es). ii

3 AGRADECIMENTO Agradeço imensamente aos meus pais, Ricardo Carneval e Maria da Glória Paranhos, por toda a confiança em mim depositada e por todo o investimento realizado em meus estudos. Gostaria também de agradecer à minha namorada Techandra Sodré, por toda a compreensão nos momentos de ausência para a realização deste trabalho e pelo incondicional apoio em todas as minhas empreitadas. Agradeço aos meus orientadores, Prof. Flávio Luis de Mello e Prof. Heraldo Luis Silveira de Almeida, por toda a atenção, dedicação e orientação. Agradeço também a todos os colegas do Laboratório de Robótica do Centro de Pesquisas da PETROBRAS: Auderi Santos, Alexandre Seixas, José Almir de Sena, Rômulo Curty, Pedro Panta, Rodrigo Ferreira e Patrick Merz. Sem eles com certeza não seria possível realizar esse projeto. Um agradecimento especial para os colegas, também do referido laboratório, Ney Robinson dos Reis pela oportunidade concedida de participar desse grupo e desse projeto, e Gustavo Freitas pela grande ajuda e por uma série de orientações e idéias, durante o projeto. iii

4 RESUMO O presente trabalho apresenta o projeto de um sistema embarcado em temporeal para controle de um robô móvel tele-operado. Será discutida sua arquitetura, as classes projetadas para o funcionamento, e as informações pertinentes para sua implementação. Serão também apresentados e discutidos resultados gerados através de testes com esse sistema. Será apresentado também o sistema operacional de tempo-real Xenomai de maneira a viabilizar que tarefas periódicas de tempo-real possam ser realizadas, como por exemplo algoritmos de controle. Será apresentada a estrutura de hardware do protótipo pequeno do Robô Ambiental Híbrido, para o qual esse sistema será projetado, e uma tarefa de controle a ser realizada no mesmo. Um algoritmo de controle proposto com essa finalidade será apresentado e implementado, gerando resultados que também serão discutidos. Por fim serão avaliados todos os trabalhos futuros que podem ser desenvolvidos a partir do sucesso do presente trabalho. Palavras-Chave: sistema embarcado, tempo-real, robô móvel, xenomai. iv

5 ABSTRACT This dissertation presents the design of an embedded system in real-time to control a mobile tele-operated robot. The system architecture, the classes designed for the operation, and relevant information for its implementation will be discussed. The results generated by tests with this system will also be presented and discussed. The real-time operating system Xenomai will be introduced in order to enable that periodic tasks of real-time can be attained by this system, such as control algorithms. The dissertation will show the hardware structure of the small prototype of Environmental Hybrid Robot, for which this system will be designed, and a control task to be performed on it. A proposed control algorithm for this task will be presented and implemented, leading to results that will be discussed. Finally will be assessed all future work that could be developed after the success of this work. Key-words: embedded system, real-time, mobile robot, xenomai. v

6 SIGLAS ADEOS - Adaptive Domain Environment for Operating Systems API - Application Programming Interface CAN - Controller Area Network CC - Corrente Contínua DD - Dianteira Direita DE - Dianteira Esquerda IPC - Inter-Process Communication HAL - Hardware Abstraction Layer QoS - Quality of Service RAH - Robô Ambiental Híbrido RAHM - Robô Ambiental Híbrido Médio RAHP - Robô Ambiental Híbrido Pequeno RAHT - Robô Ambiental Híbrido Tripulado RTDM - Real Time Driver Model RTOS - Real Time Operating System SSH - Secure Shell TD - Traseira Direita vi

7 TE - Traseira Esquerda UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro USB - Universal Serial Bus vii

8 Sumário 1 Introdução Tema Delimitação Justificativa Objetivos Metodologia Descrição Robô Ambiental Híbrido O Projeto O Robô Novo Protótipo Pequeno Estrutura de Suspensão Arquitetura de Hardware Base de Controle Software de Controle Endereços de Rede Xenomai Introdução A Arquitetura do Xenomai Pipeline de Interrupções Núcleo do Xenomai Skins do Xenomai Como o Xenomai Funciona viii

9 3.3.1 Migração de Domínio Como Escrever As Tarefas de Tempo-Real Controle Proposto para o RAHP Introdução Controle dos Mecanismos de Suspensões Sistema e Modelo Implementação Testes e Resultados Especificações do Sistema Sistema Requisitos do Sistema Leitura de Sensores Atuadores Comunicação Tolerância a Falhas Implementação de Controles em Malha Fechada Diagrama de Casos de Uso Arquitetura do Sistema Classes Processos Logs do Sistema Testes e Resultados Introdução Tomada de dados Controle das Suspensões Análise do Tempo-Real Conclusões e Trabalhos Futuros 80 Bibliografia 82 ix

10 A Instalação do Xenomai no PUMA PC A.1 Introdução A.2 Instalando o Linux A.3 Compilando um novo Kernel e Instalando o Xenomai A.4 Instalando a Biblioteca OpenCV B A novel wheel-leg parallel mechanism control for Kinematic Reconfiguration of an Environmental Hybrid Robot 91 x

11 Lista de Figuras 2.1 Protótipo Médio em testes realizados na Amazônia Primeiro protótipo do Robô Ambiental Híbrido Modelo em 3D do Protótipo Pequeno Suspensão do RAHP com cambagem e altura ajustável Suspensão do RAHP em diferentes configurações Fluxograma do Hardware do RAHP Montagem dos componentes eletrônicos do robô Computador PC Rádio Industrial MDS INET-II Sensor Inercial Xsens Base de tele-operação do robô em missão na Amazônia Esquemático de montagem da base de controle Painel de controle do Robô Diagrama de funcionamento do software da base Arquitetura de camadas do Xenomai Arquitetura de funcionamento do ADEOS Pipe de interrupções do ADEOS Suspensão do RAH: 7 elos com juntas ativas e passivas Suspensão do RAH: sistema de coordenadas do mecanismo de 7 elos Controlador do mecanismo de suspensão do RAHP Sistema de controle das suspensões do RAHP Resultados experimentais do controle cinemático do RAHP Sistema de controle embarcado Diagrama de casos de uso do sistema xi

12 5.3 Diagrama de Componentes do sistema Diagrama de Implantação do sistema Diagrama da classes do sistema Diagrama da classe Mutex Diagrama da classe SharedMemory Diagrama da classe IPC Diagrama da classe SendSocketComApi Diagrama da classe SocketComApi Diagrama da classe ControlSocket Diagrama da classe DataSocket Diagrama da classe GpsXsensSocket Diagrama da classe Robot Diagrama da classe RobotParameters Diagrama da classe RobotSuspension Diagrama da classe RobotWheels Diagrama da classe Battery Diagrama da classe Thread Diagrama da classe XsensThread Diagrama da classe EposThread Diagrama da classe CMTComm Diagrama da classe EposRTCom Diagrama da classe EposFirmWare Diagrama da classe EposLib Diagrama da classe EposOperationModeDictionary Robô durante testes no gramado do CENPES Robô durante testes em piso calçado no CENPES Tensão da bateria durante os testes Velocidade das rodas durante os testes Corrente das rodas durante os testes Posição das juntas de suspensão durante os testes Resultados do controle do mecanismo de suspensão xii

13 6.8 Ângulos de orientação do protótipo durante testes com o controle dos mecanismos de suspensão xiii

14 Lista de Tabelas 2.1 Curso das suspensões do RAHP Características do PUMA PC Características do Rádio Inet II Portas de comunicação no sistema do robô IP dos dispositivos na rede de operação do robô Tempo médio de computação (E[t]) e desvio padrão associado (σ) da função forwardkinematics Tempo médio de computação (E[t]) e desvio padrão associado (σ) da função suspensioncontrol Medidas de tempo para o loop Epos rodando no Xenomai Medidas de tempo para o loop Epos rodando no Linux Medidas de tempo para o loop Xsens rodando no Xenomai Medidas de tempo para o loop Xsens rodando no Linux xiv

15 Capítulo 1 Introdução 1.1 Tema O tema deste trabalho é o projeto de um sistema de softwares embarcados para controle em tempo-real para um robô móvel teleoperado. 1.2 Delimitação Esse trabalho está delimitado ao projeto do sistema de controle para o protótipo pequeno do Robô Ambiental Híbrido, que será melhor descrito no capítulo 2. Desta maneira, todo o estudo apresentado levará em conta a estrutura do protótipo citado, embora toda a teoria e metodologia possa ser aproveitada para o desenvolvimento de sistemas de controle para qualquer robô móvel. A delimitação se da também devido a estrutura de hardware instalada no citado protótipo, e no uso do sistema operacional Linux com o framework de tempo-real Xenomai para a implementação do sistema. 1.3 Justificativa Robôs móveis são amplamente utilizados em terrenos perigosos, nos quais é complicado o acesso e a locomoção, para diversas aplicações, incluindo mineração, silvicultura, agricultura, e atividades militares [1]. 1

16 Ferramentas desse tipo podem ser extremamente úteis para a sociedade, evitando que vidas humanas precisem ser colocadas em situações de risco. Robôs móveis podem por exemplo realizar tarefas em cenários de catástrofes, ajudando na execução de resgates e identificação das áreas atingidas. Nos últimos meses vimos uma série de eventos como estes nos quais essas ferramentas poderiam ser de grande ajuda, como o temporal que atingiu a região metropolitana do estado do Rio de Janeiro em Abril de 2010 e a região serrana do mesmo estado em Janeiro de Uma outra utilidade pode ser a de exploração de ambientes desconhecidos. Os chamados Rovers, citados em [1], tem o objetivo de explorar e coletar dados no planeta Marte. Recentemente um robô móvel foi utilizado, da mesma maneira, para explorar um túnel de 2000 anos com o propósito de estudos arqueológicos [2]. Como exemplificado existem diversas aplicações para robôs deste tipo. Para que esses robôs possam funcionar, de maneira a realizar as tarefas para as quais foram idealizados, é necessário que estes tenham sistemas de controle embarcados que possam comandar de maneira correta suas funcionalidades e controlar as partes mecânicas presentes nos mesmos. Dessa maneira estudos e pesquisas envolvendo sistemas de controle para robôs móveis podem ser muito importantes e de grande relevância para a sociedade. 1.4 Objetivos O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema embarcado de controle capaz de garantir algumas características de tempo-real para a execução de algoritmos de controle. Desta forma tem-se como objetivos específicos: (1) receber comandos de um computador chamado de base, através do protocolo TCP/IP e conexão Ethernet; (2) Interpretar os comandos recebidos e se comunicar com os atuadores para realização dos mesmos; (3) Fazer leituras nos sensores de operação e de telemetria e enviar os 2

17 dados para o computador base, e; (4) Permitir a implementação de algoritmos de controle com características de tempo-real. 1.5 Metodologia Este trabalho irá utilizar uma plataforma Debian Linux para, através do desenvolvimento de um sistema, proporcionar o controle de um robô tele-operado. Para o desenvolvimento desse sistema serão utilizadas as linguagens C e C++. Será estudado o framework de tempo-real Xenomai, que permite ter no ambiente Linux o suporte a tarefas de tempo-real. Uma arquitetura multi-processos será proposta para o sistema de forma que algum eventual problema em um dos processos não influencie nos outros. A nível prático isso significa que quando alguma funcionalidade do robô for comprometida, não necessariamente as outras também serão. Devido a essa característica se fará necessária a utilização de comunicação entre processos. Para a comunicação com a base será utilizada uma rede Ethernet e o protocolo TCP/IP, implementado através de sockets. Para se comunicar com os sensores e atuadores embarcados no robô serão utilizadas as portas de entrada e saída do PC104, do tipo USB e serial. Algumas bibliotecas de comunicação, de autoria dos fabricantes, serão utilizadas nesse processo. Será necessário também estabelecer um controle em tempo-real da porta serial, para comunicação com os hardwares atuadores dos motores de forma a permitir a execução de algoritmos de controle. 1.6 Descrição No capítulo 2 será apresentado o projeto do Robô Ambiental Híbrido e toda a estrutura de um de seus protótipos, que será utilizada nesse trabalho. 3

18 O capítulo 3 apresenta a arquitetura do sistema de tempo-real Xenomai e o seu funcionamento. Um controle proposto para os mecanismos de suspensão do protótipo pequeno do Robô Ambiental Híbrido será apresentado no capítulo 4. Nele serão explicitados detalhes e resultados da implementação. Esse controle será usado como prova de conceito para o sistema. No capítulo 5 será apresentada a arquitetura proposta para o sistema de softwares que fará o controle do robô. O capítulo 6 apresenta os resultados dos testes propostos para o funcionamento do sistema de controle. Por fim, no capítulo 7, são apresentas as conclusões desse trabalho, e os trabalhos futuros que podem decorrer do mesmo. 4

19 Capítulo 2 Robô Ambiental Híbrido 2.1 O Projeto A Floresta Amazônica é a maior floresta tropical e contém a maior biodiversidade do mundo. É formada basicamente por matas de terra firme, matas de várzea alagadas pelos rios de água barrenta na estação das cheias, e matas de igapós inundadas quase permanentemente por rios de água preta. A região possui vegetação nativa, com alta densidade vegetal, e clima constituído de altas temperaturas e umidade [3]. A chamada Província Petrolífera de Urucu foi instalada a cerca de 20 anos, marcando a presença da Petrobrás nesse valioso ecossistema. A Unidade de Produção de Gás Natural 3 (UPGN3), localizada em Urucu, responsável pela produção de 6 milhões de m 3 por dia, é hoje a maior unidade de processamento de gás natural do Brasil. A fim de obter um melhor escoamento do Gás Natural a Petrobrás construiu o gasoduto Coari-Manaus, ao longo das margens do Rio Solimões. O gasoduto tem uma extensão de cerca de 400Km, passando por regiões de floresta, áreas alagáveis, além de sete municípios. Ficou acordado entre a Petrobrás e os órgãos de regulação ambiental nacionais que para o licenciamento da operação do gasoduto a empresa petrolífera deveria fazer um monitoramento ambiental, completo e detalhado, da região. 5

20 A Petrobrás firmou então diversas parcerias com instituições acadêmicas, como UFAM e COPPE/UFRJ, participando de projetos como o PIATAN, um projeto de pesquisa socioambiental criado para monitorar as atividades de produção e transporte de petróleo e gás natural oriundos de Urucu [4], e o COGNITUS, que visa a aplicação de ferramentas cognitivas para a gestão ambiental na Amazônia [5]. O projeto COGNITUS tem como uma de suas linhas de pesquisa a chamada AmazonBOTS. A referida linha tem como objetivo o desenvolvimento de sistemas robóticos com aplicação para monitoração ativas de lagos amazônicos, visando a construção de séries históricas de parâmetros limnológicos considerados relevantes. Foi nesse contexto que o Laboratório de Robótica do CENPES criou o projeto Robô Ambiental Híbrido Chico Mendes. Esse projeto é de um veículo robótico, desenvolvido para uma locomoção otimizada nos ambientes amazônicos, com o objetivo de fazer telemetria de parâmetros ambientais e televisão dos ambientes percorridos pelo gasoduto Coari-Manaus. Um dos protótipos do robô é apresentado na figura 2.1. Figura 2.1: Protótipo Médio em testes realizados na Amazônia. 6

21 2.2 O Robô O RAH (Robô Ambiental Híbrido) foi concebido como uma ferramenta robótica para ambientes inóspitos, onde o homem não deve chegar, ou onde existam grandes riscos pela presença humana, de forma a auxiliar nas pesquisas na região amazônica e na colheita de parâmetros e amostras para o projeto COGNITUS. Sob esta ótica, para solucionar as dificuldades em percorrer a região foi desenvolvido um novo conceito em estrutura de locomoção. São partes constituintes desse novo conceito as rodas, que também funcionam como flutuadores nas regiões alagadas, e as suspensões ativas e independentes, capazes de alterar o ângulo de cambagem das rodas, e a altura do robô em relação ao solo, com o fim de variar o atrito com o terreno e permitir a transposição de obstáculos. Os modos de operação idealizados para esse Robô foram tanto a tele-operação quanto a operação por um tripulante no interior do veículo, isolado do ambiente externo. O primeiro protótipo do projeto, apresentado na figura 2.2, tinha suas rodas confeccionadas em isopor, conforme descrito em [6], e seu objetivo era de testar o conceito de movimentação do projeto. Figura 2.2: Primeiro protótipo do Robô Ambiental Híbrido. 7

22 O segundo protótipo do projeto, presente na figura 2.1, foi identificado como Robô Ambiental Híbrido Médio, RAHM, e possui todas as funcionalidades idealizadas inicialmente no projeto. Ele é capaz de realizar medições e pequenas tarefas, conforme descrito em [3]. Por se tratar de um protótipo maior do que o primeiro protótipo citado anteriormente, é possível que nele seja embarcado uma quantidade maior de equipamentos eletrônicos. 2.3 Novo Protótipo Pequeno O RAHP, Robô Ambiental Híbrido Pequeno, objeto de estudo desse trabalho, é o terceiro protótipo vinculado ao projeto do RAH. Seu modelo 3D é apresentado na figura 2.3. Figura 2.3: Modelo em 3D do Protótipo Pequeno. O robô pesa 35Kg, tem a distância entre os eixos de 490mm e largura de faixa de 710mm Estrutura de Suspensão No decorrer do desenvolvimento do projeto, viu-se que era necessário ampliar a movimentação da suspensão do RAH. A nova estrutura de suspensão, presente pela primeira vez no protótipo RAHP, permite uma melhor movimentação vertical da roda, mantendo o ângulo de cambagem igual a zero. Isso permite ao robô alterar 8

23 sua altura em relação ao solo sem ter que obrigatoriamente alterar o ângulo de cambagem das rodas, o que não era possível no RAHM. Dessa forma cada roda é acoplada a um sistema de suspensão independente, aqui referidas como perna, ilustrada na figura 2.4, composta por uma mola e dois atuadores elétricos. Os motores das suspensões são acoplados a fusos, compondo as juntas prismáticas ativas. Figura 2.4: Suspensão do RAHP com cambagem e altura ajustável. O mecanismo paralelo de suspensão foi projetado para rigidez da estrutura, permitindo ao robô transpor obstáculos, e aumentar a tração das rodas. O mecanismo permite também que o robô opere de cabeça para baixo. Na figura 2.5 diferentes configurações da suspensão são apresentadas. Os motores ligados aos mecanismos de suspensão possuem encoder s instalados. Definindo uma posição como sendo a posição zero para aquela junta do mecanismo, quando o motor se movimenta, através da contagem de pontos do encoder, tanto no sentido positivo quanto no negativo, é possível saber a posição da junta do mecanismo. Sabendo o número de pontos de encoder decorridos, e de posse do número de pontos de uma volta do encoder, conhecendo o mecanismo de redução do motor, e as características do fuso instalado, é possível fazer a transformação de variáveis para saber o posicionamento do mecanismo. 9

24 Figura 2.5: Suspensão do RAHP em diferentes configurações. A tabela mostra o curso de movimentação das juntas do mecanismo de suspensão, dado em pontos de encoder. Um limite inferior e um superior é estipulado para evitar que as juntas colidam, durante a operação, com o final do fuso, evitando desgastes ou o travamento do mecanismo. Tabela 2.1: Curso das suspensões do RAHP. Junta Mínimo Máximo Limite Inferior Limite Superior Interna Externa Um outro problema decorrente dessa implementação é que sempre que o hardware do robô é desligado a orientação de qual é o ponto zero da junta é perdida. Quando ele é religado, o hardware considera o ponto atual é como sendo o ponto zero. Para resolver essa falta de referência os hardwares controladores possuem uma função denominada homing, que permite achar o ponto zero. Essa função é configurável, podendo ser implementada de uma série de maneiras diferentes. No caso do RAHP ela irá rodar o motor com uma velocidade negativa até que um pico de corrente 10

25 de 700mA aconteça. Esse valor é um valor definido para indicar que o mecanismo colidiu com o fim do fuso, sem que haja um pico de corrente muito alto nos motores. Realizado esse procedimento, esse ponto de colisão passa a ser o ponto zero do mecanismo Arquitetura de Hardware A figura 2.6 mostra o fluxograma da arquitetura de hardware do protótipo, e a figura 2.7 apresenta uma foto da montagem no protótipo PC104 O Puma PC104, demonstrado na figura 2.8, é um computador de placa única compacto, com baixo consumo de potência e sem partes móveis. Esse computador possui uma série de funcionalidades on-board, como vídeo, rede, portas USB, portas seriais, portas paralelas e interface para memória flash. Suas principais características são apresentadas na tabela 2.2. Tabela 2.2: Características do PUMA PC104 Processador AMD Geode GX 500 Chipset Alimentação Temperatura de Operação Memória RAM AMD Geode CS V 1A (5W) 0 a +60 C 256 MB DDR SDRAM Devido a essas características essa compacta placa se mostra interessante para sistemas de controle embarcados, sendo o hardware escolhido para ser o núcleo funcional do robô. Sua memória flash possui um sistema operacional instalado e nele são executados os softwares de controle que gerenciaram todas as ações do RAHP. 11

26 Figura 2.6: Fluxograma do Hardware do RAHP. Esse computador é ligado via rede Ethernet ao rádio embarcado, e deste modo, sendo capaz de se comunicar com um outro computador que servirá de base para tele-operação do protótipo. 12

27 Figura 2.7: Montagem dos componentes eletrônicos do robô. Figura 2.8: Computador PC Controladores MAXON EPOS Trata-se de um controlador de motores DC da Maxon [7] que deve ser configurado com os parâmetros do motor que irá controlar. Durante a operação ele pode ser acessado tanto por RS232 como por rede CAN. Através de um protocolo bem definido em seus manuais é possível fazer alterações na máquina de estados do controlador, comandando o mesmo, que é capaz de controlar velocidade, corrente ou posição do motor. Nesse protótipo existem doze controladores, um para cada motor instalado no robô. Quatro desses controladores são do tipo 24/5, com máximos de 24V de tensão 13

28 e 5A de corrente, e oito deles são do tipo 24/1, com máximos de 24V de tensão e 1A de corrente. Os controladores 24/5 são ligados aos motores das rodas, enquanto que os controladores 24/1 são ligados aos motores destinados a controlar o mecanismo de suspensão do protótipo. Esses doze controladores são interligados através de uma rede CAN. O controlador numerado como 2 é conectado então via RS232 ao PC104 do protótipo e funciona como um gateway, para que o computador possa se comunicar com qualquer um dos nós dessa rede de controladores Rádio MDS-Inet II Figura 2.9: Rádio Industrial MDS INET-II. O Rádio MDS-Inet II é um rádio capaz de gerar uma conectividade IP/Ethernet de longa distância. A figura 2.9 mostra o modelo do rádio e a tabela 2.3 apresenta suas características Central Inercial - Xsens MTi O Xsens MTi é considerado uma miniatura de Sensor da Referência da Atitude e do Título, um conjunto de três sensores em linha capazes de fornecer ângulos de atitude, título e guinada. É considerada uma unidade de medida para controles de robôs. A foto de uma central como essas é apresentada na figura Esta central possui acelerômetros com escala de até 5g e giroscópios com escala de 300 /s. As leituras desse sensor são obtidas através de conexão USB com o PC104. Esses dados obtidos são: 14

29 Tabela 2.3: Características do Rádio Inet II Data Rate Frequência de Trabalho Alcance em movimento Temperatura Alimentação Potência 512Kbps 902MHz - 928MHz 1 milha -30 C C 10.3Vdc - 30Vdc 7W Figura 2.10: Sensor Inercial Xsens. Ângulo de Orientação 3D Aceleração 3D Velocidade de giro 3D Campo Magnético 3D 2.4 Base de Controle Para que o robô funcione tele-operado uma estrutura é montada como base de operação. A figura 2.11 mostra o esquema da base montado em uma missão na 15

30 Amazônia. O esquemático da figura 2.12, por sua vez, ilustra os equipamentos utilizados e as ligações necessárias para a montagem dessa base. Figura 2.11: Base de tele-operação do robô em missão na Amazônia. Figura 2.12: Esquemático de montagem da base de controle. A antena tem como objetivo transmitir e receber o sinal de comunicação da base com o robô. Ela deve ser ligada através de um cabo coaxial ao rádio da base, que é o mesmo modelo, MDS Inet-II, instalado no interior do robô e apresentado na figura 2.9. O rádio da base, por sua vez, é conectado ao computador através de um cabo ethernet com conectores RJ45. O computador, por conveniência, é ligado por cabo 16

31 USB a um joystick, que tem como objetivo permitir uma melhor controlabilidade do robô durante sua operação. O computador é ligado também a um monitor para propiciar uma melhor visualização do painel de controle. Nesse computador da base, um notebook, é executado um software, desenvolvido em Java, que tem como interface gráfica o painel de controle do robô. Esse software tem como objetivo ser a interface entre todo o sistema do robô e seu operador. Ele envia comandos para o robô e recebe informações do mesmo através de sockets de rede. Embora não seja estritamente necessário, a sugestão de utilização dos monitores desse sistema é que se use o monitor de 27 para apresentar a interface gráfica do software de controle e o monitor do notebook para apresentar uma janela de linhas de comando conectada via SSH ao computador embarcado no robô, de maneira que se possa monitorar de forma mais extensa os acontecimentos no sistema embarcado Software de Controle O Painel de Controle é a interface gráfica do software de controle, e é apresentado na figura 2.13, onde é possível perceber que o controle do robô é realizado de maneira intuitiva, e que todos os dados lidos pelos sensores embarcados no robô serão apresentados para o operador nessa interface. O software de controle do robô foi desenvolvido com o uso da linguagem Java, empregando um paradigma de gerenciamento de recursos conhecido como Produtor- Consumidor [8]. Um diagrama esquemático do funcionamento desse software pode ser observado na figura Conforme ilustrado no diagrama, as alterações feitas pelo operador, na interface do software são identificadas pelas classes do grupo ChicoUI. Essas classes interpretam o comando e fazem a passagem dos dados para as classes do grupo Information. Um outro grupo de classes, responsável por gerenciar as conexões de rede com o robô, denominado de Sockets irá fazer a leitura dos dados contidos nas classes Information e enviar os comandos via sockets de protocolo TCP/IP. 17